V Menschen und Ereignisse - Max-Planck-Institut für Astronomie

26 II. Highlights
II.3 Rätselhafter Sternenstaub im frühen Universum
Im Jahre 2003 war es gelungen, in den entferntesten
Quasaren große Staubmengen nachzuweisen. Damit
stellte sich die Frage, auf welche Weise der Staub
innerhalb von nur etwa 700 Millionen Jahren seit dem
Urknall entstanden sein konnte. Schon bald schien das
Rätsel gelöst: Ein Astronomenteam behauptete, in dem
Supernova-Überrest Cassiopeia A (Cas A) außerordentlich
viel Staub nachgewiesen zu haben. Die Forscher
schlossen daraus, dass Supernovae vom Typ II die ersten
Staublieferanten im All waren. Astronomen des MPIA
gingen der Sache nach und kamen zu einem anderen
Schluss: Der bei Cas A gefundene Staub hat nichts
mit dem Supernova-Überrest zu tun, denn er gehört in
Wirklichkeit zu einem großräumigen Staubkomplex, der
zwischen der Erde und Cas A liegt. Damit ist die Frage
nach dem Ursprung des Staubes im jungen Universum
weiterhin offen.
Staub spielt im Universum eine entscheidende Rolle,
denn er ist der Rohstoff, aus dem laufend Sterne und
Planeten entstehen. Die festen Partikel können sich
jedoch nur bilden, wenn schwere Elemente, vor allem
Kohlenstoff, vorliegen. Nach der derzeitig angenommenen
Kosmologie sind im Urknall nur die leichten,
flüchtigen Elemente Wasserstoff und Helium sowie in
geringen Mengen Lithium und Beryllium entstanden.
Alle schwereren Stoffe wurden erst im Innern der Sterne
bei Kernfusionsreaktionen gebildet. Sie wurden später
bei Supernova-Explosionen oder mit Sternwinden in den
interstellaren Raum getragen.
Erst nachdem das interstellare Medium auf diese
Weise mit schweren Elementen angereichert war, konnte
sich auch Staub bilden, und erst jetzt waren auch
die Voraussetzungen für Planetenbildung gegeben. Wie
Beobachtungen aus den letzten beiden Jahren belegen,
gab es spätestens 700 Millionen Jahre nach dem
Urknall große Mengen Staub. So fand man etwa hundert
Millionen Sonnenmassen Staub in den am weitesten entfernten
bekannten Quasaren. Wie waren diese gewaltigen
Staubmengen in so kurzer Zeit entstanden?
Als frühe Staubquellen kamen Supernova-Explosionen
in Frage. Die Sterne der ersten Generation bestanden
nur aus Wasserstoff und Helium und waren deshalb
im Mittel wesentlich massereicher als heutige Sterne.
Massereiche Sterne explodieren als Supernovae, und in
ihren Explosionshüllen könnte sich, so die Vermutung,
Staub bilden. Doch sind Supernovae wirklich ergiebige
Staublieferanten? Bislang galten Supernova-Überreste als
staubarm, da sich in ihnen im kurzwelligen Infrarotbereich
nur wenig warmer Staub nachweisen ließ. Mit einer
Beobachtung im Jahr 2003 schien sich das zu ändern.
Abb. II.3.1: Die Umgebung von Cas A, gesehen in der ISOPHOT-
Zufallsdurchmusterung bei einer Wellenlänge von 170 µm.
Hier ist die Emission sehr kalten Staubes zu erkennen. Cas
A (im Zentrum) wird offensichtlich von einer ausgedehnten
Staubwolke im Vordergrund überdeckt. Die Konturen innerhalb
des weißen Rechtecks zeigen Messungen von SPITZER bei
160 µm, die mit den ISO-Messungen sehr gut übereinstimmen.
Ein britisches Team hatte Cas A im Submillimeterbereich
untersucht und starke Emission im Bereich des Supernova-
Überrests gefunden. Diese sollte von kühlem Staub mit
der erstaunlich großen Masse von drei Sonnenmassen
stammen, was einem großen Teil der Gesamtmasse des
kollabierenden Vorgängersterns entsprechen würde. Das